长壁采煤法采煤工作面通风方式的确定讲解

2006年8月17日 16:22:0

长壁采煤法有后退式与前进式两种类型。无论是后退式工作面还是前进式工作面，沼气主要都来源于两部分：一是正被开采的煤层；二是相邻的岩层或煤层。如果不实行沼气抽放，相邻岩层或煤层的沼气将聚集在采空区。来源于上述两方面的沼气总涌出量，直接影响工作面的安全生产。工作面的沼气浓度，无论是后退式工作面，还是前进式工作面，皆由工作面风量来控制。

前进式工作面，由于采空区的漏风而减少了工作面的有效风量，但风流能有效地清洗工作面上隅角处的沼气。后退式工作面，采空区的漏风大大地减少，但在走向长壁工作面上隅角处会出现沼气的聚集（见图1）。仰斜长壁工作面，沼气上浮，沼气集中于工作面空间，不利于工作面的安全生产。俯斜长壁工作面，沼气集中于上部采空区，有利于工作面的安全生产。

图1 工作面上隅角处沼气的聚集

采用合理的工作面通风方式，可以有效地排出工作面沼气，特别是高沼气矿井、高温矿井需要风量大，是工作面安全生产的重要保证。

长壁式工作面通风方式的选择与回采顺序、通风能力和巷道布置有关。通风方式是否合理，成为影响采煤工作面正常生产的重要因素。 一、工作面通风应满足的要求

（一）采煤工作面要有足够的风量，并符合《煤矿安全规程》的要求，特别要防止在工作面上隅角处沼气的积聚；

（二）采用沿空留巷时，巷旁应采取防漏风措施；

（三）风流最好是单向顺流，尽量减少折返、逆流，力求系统简单、风路短； （四）根据通风要求，进风巷、回风巷应有足够的断面和数目。 二、工作面通风方式的确定

长壁式采煤工作面通风方式主要有U型、U+L型、Z型、Y型、W型以及H

型等几种。见图2所示。

从图2中可以看出，如果由后退式改变成前进式开采，除U+L型通风系统之外，其它各种通风系统对前进式开采都是适用的。采用无煤柱护巷，沿空预留的或沿空掘进的通风平巷与采空区之间有连续漏风现象，也会使工作面气体流动状况发生变化。通风平巷的数目、位置、风流方向、漏风方式的改变会派生出多种类型的工作面通风方式，而且每种通风方式其采空区沼气浓度分布、沼气涌出和积存的位置、自然发火分布位置都是不同的。因此，必须根据回采煤层的赋存状况、沼气含量、煤与瓦斯突出危险程度、自燃倾向等因素，综合考虑选择相应的通风方式及巷道布置，这对改善工作面的安全生产环境，具有重要的作用。

（一）U型通风方式，见图2(a)

采煤工作面所需的风量，从进风平巷流入工作面后，部分风量沿工作面空间流动，直接从回风平巷排出；而另一部分则从切顶线下半部连续地向采空区流失，又从切顶线上半部陆续地流进工作面回采空间。根据现场实测结果表明，采煤工作面风流流动状况具有图3所示的特征。

49％不等。工作面风量的分布呈两端大、中间小的状况。尽管工作面风量分布不均匀，但工作面的沼气绝对含量是沿风流前进方向而逐步增加的。从采空区重新流入工作面的

风量仍有稀释沼气的作用。采空区冒落岩石的透气能力不同，采空区漏风量也不同，根据现场实测结果，采空区漏风量占工作面进风量的10

长壁后退式采煤，U型通风方式，具有风流系统简单、漏风小等优点，但风流线路长、变化大。长壁前进式采煤，U型通风方式，漏风量较大。在巷道维护较好的情况下，U型通风方式供风量可达800－1000 m³/min。实践证明，当回采煤层沼气涌出量为5-6 m³/min时，U型通风方式仍然可以获得较好的通风效果。

2流经采空区的距离长、控制的面积大，因此在对应流线的出口处（即上隅角），经常会处于沼气超限状态。1、0、3……流动而流入采煤工作面空间。由于采空区气体沿流线流动过程中陆续有沼气泄出，使沼气浓度增高。汇集于工作面上隅角的流线2、1、U型通风方式最大的问题，是在后退式采煤中工作面出口上隅角处有局部沼气聚集现象（见图1）。从图3的采煤工作面风流流动状况可以看出：沼气流入采空区后与漏入采空区的空气混合，混合后的气体沿流线

图4为某工作面采空区的沼气浓度分布。该工作面采空区漏风量为207.5m³/min，采空区绝对沼气涌出量为4 m³/min左右，工作面上隅角的沼气浓度达6-8％，常因沼气局部超限而影响生产。

调查表明，当邻近煤层向采空区泄出的沼气量大于1.5-2 m³/min时，工作面上隅角的沼气浓度通常都在2%以上，上隅角局部沼气超限是U型通风方式普遍存在的现象。由此可知，如果沼气来源单纯来自回采煤层的煤壁，U型通风方式可以稀释5－6 m³/min沼气；如果沼气是来自采空区一侧，沼气涌出量仅有2－3 m³/min也带来经常处理上隅角局部沼气积聚的麻烦。

因此，U型通风方式，在沼气含量较大的后退式采煤工作面中应用时，必须采取措施消除工作面上隅角处的沼气聚集。主要有以下措施：

1、 上隅角管道通风

3当沼气量较大时，在采空区侧利用木垛维护一段长度的回风平巷，在回风平巷中安设一根管道，该管道从工作面前方穿过工作面线直至工作面后部，利用轻便压风机，将工作面约1/3的风流通过管道送至回风平巷，从而清除工作面上隅角处聚集的沼气，见图5所示。这种方法只能用于沼气含量不大的采煤工作面，在沼气总涌出量为2.4 m3/min的工作面中，60％ 的沼气涌出量，可通过管道送至回风平巷。

2、后部返回式通风

5米宽的小煤柱，每隔一定距离利用联络眼将小煤柱切割，除保留一个联络眼敞开外其余联络眼均被封闭。在煤柱之下架设一排木垛，并采用泵输送和喷洒泥浆材料对木垛进行密封，使木垛与煤柱之间保持一条通道。采用这种方式，工作面所有风流先返回到后部采空区，再流入回风平巷，使工作面形成类似Z型的通风方式，为工作面上端创造一个“前进式工作面”的条件。在英国某矿使用时，在距工作面后部30米处开掘联络眼，工作面推进40米（距联络眼70米）后，再在工作面后部30米处开掘新联络眼，并将旧联络眼封闭。（见图6）这种通风方式，不在采空区永久侧维护回风平巷。在回风平巷下侧留有3

这种通风方式的巷道掘进工作量和其它辅助工作量均较U+L型、Z型、Y型、H型（见下述）为小，在英国煤矿仰斜长壁后退式工作面首次采用时，虽然工作面沼气总涌出量为18m3/min或更高，取得了良好的效果。 （二）U+L型通风方式

U+L型通风方式，即尾巷排放方式，是在采煤工作面采空区漏风风流轨迹的末端边界上，事先掘成与采空区相通的联络眼，使采空区浓度较高的沼气流人排放沼气的专用煤层平巷或岩石平巷。由于联络眼与排沼气专用平巷呈L型，并与U型通风系统配合使用，故又称U+L型通风方式（见图2b）。

由于尾部联络眼为采空区沼气提供了出路，可以使风流流动呈图7所示的状况，采空区部分沼气会以较高的浓度沿ψ0、ψ1流线从联络眼4排出，流入工作面的沼气量减少，由于靠近切顶线下端的采空区漏风量较大，因此从上隅角流入工作面沼气浓度会明显降低。

随工作面向前推进，联络眼至工作面的距离日益增加，从采空区流入工作面的流线ψ3、ψ4……在采空区所流经的距离会相应地增加，对应流线所控制的采空区面积也在逐渐增加，由采空区流入工作面的沼气量也会逐渐增加，使工作面上隅角又会出现沼气含量超限现象。这时必须开启新的联络巷释放采空区的沼气。

释放采空区沼气的联络巷应提前掘通，联络眼进入切顶线后即可发挥排放沼气的作用。两联络眼之间的间距，根据工作面的具体条件有很大的差别。一般来说，邻近层沼气量大，采空区陷落岩石排列致密，邻近煤层距回采煤层近，工作面放顶后顶板随之垮落，或者说采空区沼气涌出距工作面切顶线较近者——包括厚煤层开采时由下部各分层涌出的沼气，都会在切顶线后面陆续涌出，这时两联络眼之间的距离应保持50m左右，甚至更小。如果采空区孔隙率大，透气性好，而且联络眼的排风能力强，并在联络眼处设有排放沼气的专用风机，使采空区释放沼气的联络眼之间的距离应增大到160m。 U+L型通风方式，是减少采空区沼气向工作面涌出的有效方法。在使用过程中，排沼气专用巷3的沼气浓度按局部沼气积聚现象来管理，其沼气浓度应控制在2%以内。通常联络眼内的沼气浓度较高，必须采取有效的措施。排放沼气的专用平巷3必须有新风补给，以便将联络眼出口的沼气浓度稀释到2%以下。

U+L型通风方式是将工作面沼气从两个方向排出。其中从U型系统排出的沼气量可达5－6m³/ min，其中包括1－2 m³/ min的采空区沼气；从尾排系统排出的沼气可达7－8 m³/ min,甚至更高。显然，在开采厚煤层或复合煤层时，对难以用沼气抽放技术、且沼气含量大的近距离邻近层和分层开采的厚煤层，采用U十L型通风方式是比较适宜的。 采用U+L型通风方式，是将工作面沼气分而治之，既解决了上隅角沼气长期超限的难题，

又可以降低工作面通风系统的阻力，改善工作面的生产环境。因而这种方法在鸡西、西山、阳泉等局的高沼气矿井都得到了广泛应用。 （三）Z型通风方式

这种通风方式进风流与回风流的方向相同，所以也可称为顺流通风方式。采用这种通风方式采区边界设有回风上山，并配合有沿空留巷（见图2d）。这种通风方式可使区段内的风流路线短、长度变化小，漏风量小，并可利用漏风将工作面上隅角处的沼气带到回风平巷。Z型通风方式效果较U型通风方式好，一般用于高沼气的矿井，沼气涌出量大于10 m3/t 。 （四）Y型通风方式

当采煤工作面产量大和沼气涌出量大时，采用这种方式可以稀释回风流中的沼气。对于综采工作面，上下平巷均进新鲜风流，不仅有利于上下平巷中的机电设备，而且可防止工作面上隅角积聚瓦斯及保证足够的风量。这种方式也要求设有边界回风上山，并配有沿空留巷。

开采薄煤层群时，首次采动的煤层，其工作面沼气主要是来自采空区一侧。采用U型通风方式不仅很难消除上隅角沼气超限，甚至因风量增加造成工作面风速偏高，恶化生产环境。如果采用U+L型通风方式巷道掘进率会明显增加。采用Y型通风方式效果较好。 Y型通风方式，工作面两端煤层平巷均作为工作面进风巷，工作面回风巷则是沿采空区维护并作为接续工作面用的进风巷。巷道布置如图8所示。

从工作面风流系统图中可以看出，在工作面范围内，沿空回风巷的末端是风压最低点，从输送机巷流入的新鲜空气，一部分沿工作面流动，稀释来自工作面落煤和煤壁涌出的沼气；另一部分则流入采空区，与采空区沼气混合后从沿空回风巷呈连续漏风状泄出。由于材料巷2也是工作的进风巷，其风量大小可根据沿空回风巷的实际需要进行调节，保证沿空回风巷的沼气浓度符合《煤矿安全规程》的要求。

与原来的U型通风系统相比，安全技术指标得到明显改善，各项对比指标的具体数据详见表1。

表 1

指 标 工作面长度（m） 煤层厚度（m） 工作面风量(m3/min) 工作面风速(m/sec) 工作面温度(0C) 工作面回风沼气浓度 (%) 上隅角沼气浓度(%) 工作面新鲜风流数（条） 工作面平均产量 (t/d) U 型 112 1.05 462 3. 85 15 1.53 10 1 300 Y 型 112 1.05 216 1.80 18.5 0.48 0.4 2 402 从Y型和U型通风方式实施效果对比表明，Y型通风方式有以下几项优点： （1）由于工作面最低风压点位于沿空回风巷的末端，而工作面切顶线各点的风压均高于沿空巷末端风压，因此采空区气体流动方向总是由切顶线向沿空巷流动，从而消除了隅角沼气积聚现象。

（2）由于工作面落煤及煤壁涌出的沼气和采空区涌出的沼气，是用两条风路分别进行稀释，从而使工作面的供风量明显降低，大大改善了工作面的劳动生产环境。 （3）由于沿空回风巷可供相邻区段复用，取消了区段煤柱，降低了掘进率，提高了回采率，经济技术指标有所改善。

Y型通风方式在无自然发火危险的高沼气薄煤层采用较多，当采高大于1.6m后，因沿空护巷效果差而未能推广。 （五）W型通风方式

当采用对拉工作面时，可用上下平巷同时进风（或回风）和中间平巷回风（或进风）的方式（见图2e）。采用W型通风方式有利于满足上下工作面同采，实现集中生产的要求。这种通风方式的主要特点是不用设置第二条风道；若上下端平巷进风，在该巷中回撤、安装、维修采煤设备等有良好的环境；同时，易于稀释工作面沼气、使上隅角沼气不易积聚，排炮烟、煤尘速度快。

某矿某工作面是仰斜开采的对拉工作面，对拉工作面长300m分成A、B两段（见图9），形成了W型通风系统。已往的生产经验已证明，回采时的沼气主要是来源于采空区。为此，增开掘了一条排沼气的专用巷道，该巷每隔50m有联络眼与回风巷联通。随采煤工作面向上推进，联络眼依次与采空区联通，起到释放沼气的作用。

该工作面处于生产水平标高以下，除工作面进回风巷之外，没有其它巷道，排沼气专用巷没有新风补给。为了提高排沼气专用巷的风量，工作面设有两条进风巷（其风量分别为630 m³/ min和300 m³/ min）和一条回风巷（排风量为500 m³/ min），以增加流经采空区的尾排巷的风量。由于回风巷各个联络眼漏风难以管理，为了提高尾排巷的风量，在该巷的出口安设了两台抽沼气的专用风机，以提高尾排系统的负压，增加巷道内风量。从数个联络眼流出的风量达445 m³/ min，沼气浓度为2.9%，回风巷风量为500 m³/ min，沼气浓度为0.8%。从尾排系统排出的沼气占工作面沼气涌出量的76%以上。

改变工作面的通风方式实质上是改变工作面边界上的巷道位置、数目和气流方向。同样，在采空区边界上选择适当的位置，掘成联络通道，根据生产需要调整联络通道的风流方向和风量大小，同样可以控制采空区的气体流动方向和大小，使这种控制对工作面安全生产产生有益的影响。 （六）H型通风方式

这种通风方式与Y型通风的区别在于工作面两侧的区段运输巷、回风巷均作为进风或回风之用，增加了风量，有利于进一步稀释沼气。但这种方式通风方式，系统较复杂，区段运输巷、回风巷均要先掘后留，掘进、维护工程量较大，故较少采用。